Bomba de calor tipo split R290 integrada en la fachada para agua caliente sanitaria

Investigadores austriacos han desarrollado un nuevo sistema de bomba de calor para aplicaciones residenciales que alcanza un coeficiente de rendimiento de entre 2,82 y 3,11 a una temperatura del aire exterior de 10 ºC y 20 ºC, respectivamente. También comprobaron que el sistema era capaz de ofrecer condiciones de confort a todas las temperaturas exteriores probadas.

febrero 5, 2024 Emiliano Bellini

Unidad exterior integrada en la fachada de una célula de prueba (izquierda) y elemento interior compacto de la bomba de calor (derecha).

Imagen: Universidad de Innsbruck, Ingeniería Térmica Aplicada, Licencia Creative Commons CC BY 4.0

Un grupo de investigadores de la Universidad de Innsbruck (Austria) ha diseñado una bomba de calor (HP) de tipo partido integrada en fachada para la producción de agua caliente sanitaria (ACS) que, según se informa, es mínimamente invasiva, compacta, modular y silenciosa.

Los científicos explicaron que las HP de tipo partido integradas en fachada pueden ser una alternativa viable a las calderas de gas en edificios rehabilitados cuando el espacio de instalación es limitado. «Debido a la posibilidad de realizar obras fuera de las instalaciones, las fachadas modulares prefabricadas no sólo funcionan mejor desde el punto de vista de la física de la construcción, sino que también garantizan un tiempo de construcción considerablemente menor», añadieron.

El equipo de investigación explicó que diseñó el sistema utilizando un enfoque holístico consistente en simulaciones y trabajo de laboratorio para evaluar los componentes, los ciclos de refrigerante y la configuración del sistema. Su análisis tuvo en cuenta la dinámica de fluidos y el rendimiento de la unidad exterior, así como sus emisiones de ruido y la interacción dinámica con el usuario de ACS.

El sistema tiene una potencia calorífica nominal de 15 kW y utiliza propano (R290) como refrigerante. Consta de una unidad exterior y una unidad interior con un depósito acumulador de agua caliente sanitaria de 200 litros de capacidad. El sistema también incluye un compresor, un condensador y conductos divididos.

«La elección de un depósito cuadrado no presurizado se adoptó para mejorar la compacidad de la unidad interior y permitir cierta flexibilidad en su diseño», señalaron los académicos. «Con la configuración actual del sistema, era posible alcanzar una temperatura mínima del aire en la cámara frigorífica de 10°C. Por este motivo, las mediciones se realizaron a 10, 15 y 20 ºC de temperatura del aire frío, mientras que la temperatura ambiente de la cámara se mantuvo constante a 20 ºC».

El sistema también utiliza una electroválvula de 2 vías para la extracción de agua, tres sensores de temperatura Pt100 para medir la temperatura del depósito de agua y cuatro ventiladores axiales de bajo consumo y emisiones sonoras.

Los investigadores realizaron una serie de simulaciones y pruebas con los programas MATLAB y Simulink. El análisis demostró que el sistema puede satisfacer la demanda de ACS de un pequeño hogar ya a -7 ºC de temperatura del aire exterior con una temperatura de consigna de 45 ºC. También constataron que la capacidad ideal del depósito se sitúa entre 90 L y 110 L.

«En los casos en los que la compacidad del ACS es la máxima prioridad, se podría optar por un depósito de 90 litros, incluso si se requiere cierto postcalentamiento a temperaturas del aire exterior más bajas», especificaron. «Por otro lado, para aumentar la flexibilidad y depender menos del comportamiento del usuario, la elección óptima es un volumen de almacenamiento mayor (por ejemplo, 120 L)».

Los científicos también comprobaron que el sistema presenta un patrón de flujo de aire en el evaporador que se aproxima a uno totalmente homogéneo. Además, comprobaron que puede suministrar el agua caliente necesaria en un rango de temperatura del aire exterior de 10 ºC a 20 ºC, con un COP del sistema obtenido de 2,82 y 3,11, respectivamente. «El modelo funcional desarrollado fue capaz de suministrar las condiciones de confort a todas las temperaturas exteriores probadas», añadieron.

Describieron el prototipo en el artículo «Simulation-assisted design of a silent façade-integrated R290 mini-split heat pump» (Diseño asistido por simulación de una bomba de calor mini-split R290 silenciosa integrada en fachada), publicado en Applied Thermal Engineering. «El mini-split HP R290 integrado en la fachada propuesto se va a instalar en un proyecto de demostración de una renovación de edificios multifamiliares en Viena, donde se comparará con conceptos HP centralizados y semicentralizados basándose en simulaciones y datos de monitorización», concluyeron.

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